本發(fā)明涉及一種低功耗高亮度顯示器。更具體而言，本發(fā)明涉及一種集成彩色led微顯示器和一種制造該集成彩色led微顯示器的方法。

背景技術(shù)：

雖然有許多彩色微顯示器，許多現(xiàn)有技術(shù)的彩色微顯示器有許多缺點。

有大量的文獻(xiàn)報道了使用諸如oled、液晶和mems的技術(shù)的微顯示器的發(fā)展。后兩者基于模式生成器，模式生成器位于永久全亮的光源之外，因此需要額外的組件來形成微顯示器。然后進(jìn)一步的基本缺點涉及功耗，因為所有像素都必須用光來尋址，即使它們不用于顯示圖像。這些顯示器的對比率也受到損害。

oled技術(shù)是一種發(fā)射技術(shù)，簡單來說是基于圍繞熒光發(fā)射層的陽極和陰極。這些技術(shù)通常使用具有彩色濾光片的白光用于小像素形成。因此，大約60％至70％的白色像素的光譜范圍損耗/不需要用來在rgb顯示中實現(xiàn)色域。另外，雖然oled本身的效率比單色oled要低，但是最終實際上只有10％到20％的發(fā)射光可被使用。這不考慮整體oled結(jié)構(gòu)的效能或者光如何被抽取。

此外，oled結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，涉及電子傳輸層、空穴阻擋層和電子阻擋層，其厚度和折射率都被仔細(xì)控制。這對于改進(jìn)顯示器的性能很重要，因為電摻雜電子和空穴傳輸層可實現(xiàn)增強電荷注入和低工作電壓。電荷阻擋層有助于約束發(fā)射層內(nèi)的電荷載流子。此外，其他問題涉及在藍(lán)色oled波長區(qū)域的低效率和有限的壽命，并且與低亮度水平耦合意味著該顯示器在性能上具有根本的限制。

存在技術(shù)以提供單獨led的表面安裝接合。通常，拾取和放置技術(shù)可僅用于大型led。因此限制顯示器每英寸的像素數(shù)。這也意味著每個像素需要兩個電接觸。對于前一點，已經(jīng)開發(fā)了用于拾取和放置微led的技術(shù)。但是，提供電接觸對于需要后處理的小像素間距提出挑戰(zhàn)。

這樣的系統(tǒng)的缺點可總結(jié)如下：

·制造-每個倒裝芯片(flip-chip)接合的時間，每個像素的同時n和p連接以及放置具有<10μm尺寸的像素的能力；

·使用半導(dǎo)體處理技術(shù)對拾取和放置微led進(jìn)行后處理?？鏻ed陣列提供正形接觸層以形成次全局接觸?；蛘咛峁┰谄渖闲纬蓤D案化的接觸層的平面化結(jié)構(gòu)的平面化技術(shù)的組合。需要提供用于光逸出或隨后的接觸層圖案化的透明接觸層以實現(xiàn)這一點。需要提供與控制背板的電氣連接。

·性能-具體而言是綠色led器件的選擇，在驅(qū)動電流和溫度上具有小的色彩變化。要求每個綠色led發(fā)射波長緊密分布，由于眼睛對其視覺響應(yīng)(即，綠色)的峰值附近的波長的小的變化的敏感性。

本發(fā)明的至少一個方面的目的在于消除或緩解至少一個或多個上述問題。

提供低功耗高亮度顯示器和制造所述顯示器的方法是本發(fā)明的至少一個方面的進(jìn)一步目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種制造集成led微顯示器的方法，包括：

提供能夠改變光的波長的顏色轉(zhuǎn)換器；

提供連接到所述顏色轉(zhuǎn)換器的微led陣列并且所述微led陣列能夠形成電連接，并將光泵到所述顏色轉(zhuǎn)換器中；以及

以電子驅(qū)動層的形式提供背板控制；

其中，所述微led陣列生成泵浦光，該泵浦光的波長小于從所述顏色轉(zhuǎn)換器發(fā)射的光，從而產(chǎn)生較長波長的光。

制造工藝涉及多個不同的階段，這些階段陳述如下。在各種實施例中也應(yīng)明顯的是，參考附圖進(jìn)行描述。但是，某些實施例可在沒有這些一個或多個具體細(xì)節(jié)來實現(xiàn)，或者以和其他已知的方法和配置組合來實現(xiàn)。

首先，可提供包括p和n摻雜的gan區(qū)域的gan層和針對高效光生成而優(yōu)化的層，在其頂部上有歐姆電流擴散層和二氧化硅層。位于gan層以下，可能有一個襯底層，該襯底層比其他層明顯厚。歐姆電流擴散層可具有20nm的厚度。二氧化硅層可具有約200nm的厚度。襯底層可具有約200μm的厚度。襯底層可以是任何合適的材料，諸如藍(lán)寶石、硅、gan或碳化硅。用于歐姆電流擴散層的實例材料可以是ni/au或ni/pt或au/pt或pt/ni/auni/ag或pd或ito或ni/ito。

該工藝可從p-gan的選擇性去激活開始以形成像素或像素陣列。這可描述如下：

·第一擴散層沉積在gan層的頂部，例如ni/au

·然后將圖案化的掩模特征件(例如，光致抗蝕劑)沉積在擴散層上

·所述結(jié)構(gòu)件然后暴露于諸如ar的等離子體以去除擴散，然后是cl2以向下蝕刻n-gan約1μm，(該工藝可能在所述工藝的后一階段)。

·然后圖案化的掩模特征件(例如光致抗蝕劑)沉積用于像素定義

·然后將層狀結(jié)構(gòu)件暴露于蝕刻劑(等離子體或干燥)，以便從不被掩模保護(hù)的區(qū)域去除第一擴散層，諸如ar

·然后將所述結(jié)構(gòu)件暴露于諸如chf3的等離子體

·然后可執(zhí)行圖案化特征件的移除

·然后對所述結(jié)構(gòu)件退火，以便在暴露于等離子體的區(qū)域形成高電阻層，同時在由掩模保護(hù)的層上保留導(dǎo)電(例如歐姆接觸)以形成像素或像素陣列

可替代地-該工藝可從使用p-gan物理蝕刻的像素或像素陣列的形成開始。這可描述如下：

·第一擴散層沉積在ganp層的頂部，例如ni/au

·然后將圖案化的掩模特征件(例如，光致抗蝕劑)沉積在擴散層上

·然后將所述結(jié)構(gòu)件暴露于諸如cl2的等離子體以便對n-gan向下蝕刻約1μm，以離開像素

·然后執(zhí)行圖案化特征件的移除

·然后對所述結(jié)構(gòu)件退火，以便在像素或像素陣列處形成導(dǎo)電(例如歐姆接觸)

然后像素頂部的二氧化硅層可被去除，然后以二氧化硅的完整層的形式進(jìn)行沉積。完整的二氧化硅層可具有約200nm的厚度，并且可使用任何合適的技術(shù)(諸如pecvd)進(jìn)行沉積。

然后可將像素上方的二氧化硅完整層的區(qū)域蝕刻掉以形成歐姆電流擴散層的窗口以及要形成公共接觸的窗口。在該實施例中，這是公共n接觸區(qū)域。對于去激活工藝，二氧化硅必須在側(cè)壁形成，以提供鈍化。對于經(jīng)物理蝕刻的像素或像素陣列，當(dāng)n接觸區(qū)域被局部蝕刻，需要側(cè)壁的鈍化處理。另外，可在蝕刻區(qū)域中沉積n接觸金屬層。n接觸金屬可以是ti/au，并且可具有約50/250nm的厚度。n接觸金屬層可形成全局接觸，并且具有電氣功能和/或用作控制制造工藝中的進(jìn)一步的蝕刻步驟(蝕刻中止)的指導(dǎo)。

然后可沉積接合焊盤以形成n和p接觸。接合焊盤可具有約2μm的高度和約8μm×8μm的橫截面。意圖是具有相同高度的p和n接合焊盤。此外，接合焊盤可在掩模層上形成，使得金屬在任何地方沉積。這是，其隨后提供了用于器件的化學(xué)拋光的方式，以提供具有金屬和電介質(zhì)平面的平頂層。然后這樣的頂部結(jié)構(gòu)提供了在同一高度用于統(tǒng)一接合的方式(p和n接合焊盤堆疊)。因此，一系列接合技術(shù)可用于gan到背板控制(cmos、tft或nmos層)，包括但不限于倒裝芯片凸點接合和基于范德華力的直接接合。后者是特別有意義的，因為它允許在低溫下以非常小的接合力接合。隨著led陣列尺寸的增加，所需的總接合力成為重要的特征并且可能導(dǎo)致對于陣列尺寸的物理限制。也因為低溫接合，可使用tft背板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與activematrixoled(amoled)控制背板本質(zhì)上相似。這降低了成本、復(fù)雜性并提供了到具有較大物理尺寸的顯示器的途徑。

由硅制成的臨時晶片可與gan晶片接合。該臨時晶片可具有約500μm的厚度，并且明顯比gan層厚。

可用任何合適的技術(shù)(諸如激光剝離)將襯底層除去。在襯底層是硅的情況下，化學(xué)機械拋光和蝕刻或者這些技術(shù)的組合是可能的。這具有在可用于整體設(shè)計的硅襯底上形成微米特征件的附加能力。

然后，可蝕刻該緩沖區(qū)或n-gan層以形成光學(xué)特征件，其在優(yōu)選實施例中可以是微透鏡的形式。光學(xué)特征件可以是凸形形狀，以最大化發(fā)射和最小化像素之間的光學(xué)串?dāng)_。光學(xué)特征件可具有約8μm的寬度。

在替代方案中，蝕刻工藝可在像素附近形成粗糙化的區(qū)域。1μm深的粗糙化區(qū)域可用來改善光抽取。

在進(jìn)一步的替代方案中，可存在其中可形成gan柱的矩陣蝕刻工藝(matrixetchingprocess)。gan柱可具有約2μm的高度。gan柱在形狀上也優(yōu)選被截頂，以最大化led像素輸出之間的光學(xué)隔離以減少光學(xué)串?dāng)_。

可通過蝕刻晶片的另一側(cè)的n接觸金屬層來準(zhǔn)確地控制n側(cè)蝕刻工藝，以提供合適的蝕刻中止。通過使用諸如端點檢測的實時等離子體監(jiān)測技術(shù)，蝕刻深度可相對于gan量子阱的位置被準(zhǔn)確地控制。

在進(jìn)一步的替代方案中，n接觸層可用作蝕刻中止來控制透鏡厚度?？稍谕哥R蝕刻期間使用端點檢測，以便同時打開通過n接觸金屬層，并提供透鏡厚度的控制。

然后可存在沉積步驟，在該步驟中，可能存在導(dǎo)電金屬網(wǎng)格和/或不透明層的沉積。導(dǎo)電金屬網(wǎng)格和/或不透明層可減少n接觸電阻，因此具有屏蔽效果。金屬網(wǎng)格和/或不透明層可具有約200nm的厚度并且可使用任何合適的技術(shù)沉積。

在替代方案中，可沉積ito導(dǎo)電層而不是金屬，以創(chuàng)建透明導(dǎo)電層。合適的ito的厚度選擇可產(chǎn)生抗反射涂層以增加光透射率。

在進(jìn)一步的替代方案中，如果形成gan柱，則它們可涂覆有n金屬層以覆蓋側(cè)壁，以最小化串?dāng)_。金屬層可具有約200nm的厚度。

sio2層或任何其它合適類型的單層或多層涂層也可沉積在gan透鏡和n金屬層的表面。這提供了gan表面的保護(hù)和抗反射功能，因為它減少了菲涅耳反射。該涂層可具有約80nm的厚度。

在進(jìn)一步的替代方案中，只有光學(xué)特征件的彎曲區(qū)域、或粗糙化區(qū)域可覆蓋有電介質(zhì)涂層。電介質(zhì)涂層可由二氧化硅制成，并且可具有約80nm的厚度。

在進(jìn)一步的替代方案中，可沉積涂層。因此可能存在多層電介質(zhì)涂層?？赡苤挥幸粋€涂層或另外的涂層或具有提供以下功能的層，即，短通波長濾光片功能。涂層可被圖案化以僅覆蓋光學(xué)特征件或者可覆蓋全部表面。短通濾光片可被設(shè)計成允許藍(lán)光離開gan，但反射更長的波長(即，由顏色轉(zhuǎn)換層生成的紅色或綠光)。

該工藝還需要使用顏色轉(zhuǎn)換器，顏色轉(zhuǎn)換器在一些實施例中可具有靠近子像素的高反射層，以提高顏色轉(zhuǎn)換效率和顯示對比度。顏色轉(zhuǎn)換器包括顏色轉(zhuǎn)換層、襯底、透明層和掩模。顏色轉(zhuǎn)換層可由磷光體、量子點、有機物質(zhì)或其組合制成。顏色轉(zhuǎn)換層可具有約1-20μm的厚度或優(yōu)選地約為1-10μm。襯底可由玻璃、藍(lán)寶石、硅或任何其他適合的材料制成。如果使用藍(lán)光來光學(xué)泵浦顏色轉(zhuǎn)換器，那么沒有必要為了顯示器的藍(lán)色子像素轉(zhuǎn)換入射光。因此，在藍(lán)色單元或透明層中可能沒有材料可由硅樹脂制成，并且允許藍(lán)光離開，或者可替代地可提供擴散或散射功能，以便提供與紅色和綠色磷光體類似的光束輪廓。掩?？梢允遣煌该?黑色矩陣樹脂(通常用于lcd顯示器)或反射的，并且可由au、al或ag制成。

在替代的顏色轉(zhuǎn)換器中，可存在蝕刻的硅襯底。顏色轉(zhuǎn)換器可包括顏色轉(zhuǎn)換層、透明層和蝕刻的硅區(qū)域。

在替代的顏色轉(zhuǎn)換器中，可存在短通濾光片，其允許藍(lán)光進(jìn)入，但反射更長的轉(zhuǎn)換光(諸如綠色和紅色)。

在進(jìn)一步的替代方案中，可存在顏色轉(zhuǎn)換器，其可描述為像波導(dǎo)一樣操作。像以前一樣，存在顏色轉(zhuǎn)換層、透明層和掩模。另外，存在不透明/反射特征件、提供光波導(dǎo)功能的修改的折射率透明層和未修改的折射率層。

在進(jìn)一步的替代方案中，存在顏色轉(zhuǎn)換器，其可描述為長通濾光片。顏色轉(zhuǎn)換器可具有位于顏色轉(zhuǎn)換層下方的長通濾光片。長通濾光片可允許轉(zhuǎn)換的光離開，但重新利用模糊的未轉(zhuǎn)換的光。

在該工藝的下一步中，顏色轉(zhuǎn)換器被升高并與所述led層對齊。

然后可將顏色轉(zhuǎn)換器附接到器件的其余部分。在優(yōu)選實施例中，可用藍(lán)光泵浦顏色轉(zhuǎn)換器，并且存在作為磷光體層的紅/綠色顏色轉(zhuǎn)換層?？商娲兀鰧涌梢允橇孔狱c或透明/擴散層(藍(lán)色)或其混合。從玻璃襯底豎直向下延伸可能存在不透明/黑色掩?；蚍瓷溲谀！７瓷溲谀？梢允莾?yōu)選的，因為其具有再循環(huán)光、最小化串?dāng)_和增強顯示對比度的能力。因此，當(dāng)濾光片放置在透射層之前時，反射掩模具有透射藍(lán)光并反射紅光的能力。在替代方案中，如果濾光片放置在透射層之后，那么將重新循環(huán)藍(lán)光，并透射紅色和綠光。

在該工藝的下一階段，臨時層可被移除。

然后可將電子驅(qū)動層提高并對準(zhǔn)并附接到所述led上的金屬接合焊盤。接合層堆疊可包括低溫焊料材料，諸如錫或銦，或其合金。ganp層的平面度還提供使用低溫直接接合的能力，包括范德華力，氫鍵和強大的共價鍵。電子驅(qū)動層可以是cmos、tft或nmosnmos層。具體而言，使用直接接合技術(shù)的能力允許適應(yīng)薄膜晶體管技術(shù)的能力，所述薄膜晶體管技術(shù)應(yīng)用于矩陣有機發(fā)光二極管(amoled)微顯示器。

集成彩色led微顯示器可具有像素布局實現(xiàn)方式。在一個實施例中，三個子像素可布置在20×20微米的單元內(nèi)，其中接合焊盤被定位成遠(yuǎn)離所述像素。

在替代的實施例，像素布局實現(xiàn)可包括每個像素中包括的四個子像素，其中接合焊盤定位在所述像素上方。

集成彩色led微顯示器可包括紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換層和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素(其可包括透明/擴散層)。

在替代的集成彩色led微顯示器中，存在不透明/反射矩陣。

在替代的集成彩色led微顯示器中，可存在紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素的矩陣。

在又一個替代的集成彩色微顯示器中，可存在紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元、沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素的矩陣和不透明/反射矩陣。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，存在集成彩色led微顯示器，包括：

能夠改變光的波長的顏色轉(zhuǎn)換器；

連接到所述顏色轉(zhuǎn)換器的微led陣列并且所述微led陣列能夠形成電連接，并將光泵到所述顏色轉(zhuǎn)換器中；以及

電子驅(qū)動層形式的背板控制；

其中，所述led泵浦光，該泵浦光的波長短于從所述顏色轉(zhuǎn)換器發(fā)射的光，從而產(chǎn)生較長波長的光。

一般而言，本發(fā)明因此在于提供集成彩色led微顯示器，該顯示器提供低功耗高亮度顯示器。

集成彩色led微顯示器可如在第一方面所定義的那樣形成。

顏色轉(zhuǎn)換器可包括顏色轉(zhuǎn)換層、襯底、透明層和掩模。顏色轉(zhuǎn)換層可由磷光體、量子點、有機物質(zhì)或其組合制成。顏色轉(zhuǎn)換層可具有約5-20μm的厚度或優(yōu)選地為約10-12μm的厚度。襯底可由玻璃、藍(lán)寶石、硅或任何其它合適的材料制成。透明層可允許藍(lán)光離開或者可替代地可提供擴散或散射功能。掩?？梢允遣煌该?黑色的或發(fā)射的。

led可包括透鏡形式的光學(xué)特征件。光學(xué)特征件可以是凸形的，并且可最大化發(fā)射和最小化光譜串?dāng)_。

led還可包括可以是不透明/黑色或反射的掩模，并且可由諸如al或樹脂/聚合物的金屬制成。

led還可包括被沉積以形成n和p接觸的接合焊盤。所述接合焊盤可具有約2μm的高度和約8μm×8μm的橫截面。

背板控制可包括具有接合焊盤的電子驅(qū)動層。電子驅(qū)動層可以是cmos、tft或nmosnmos層。

背板控制上的接合焊盤附接至所述led上的接合焊盤上。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖僅以實例的方式描述本發(fā)明的實施例，在所述附圖中：

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的gan層，在該層頂部存在歐姆電流擴散層和二氧化硅層，并且在其下方存在藍(lán)寶石襯底層；

圖2表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的替代的加工方法，其中，gan層具有包括二氧化硅層和歐姆電流擴散層的蝕刻像素；

圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的在圖1中示出的器件上執(zhí)行的蝕刻工藝；

圖4表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的在圖2中示出的替代器件，該器件在像素周圍的gan層中蝕刻以形成蝕刻區(qū)域；

圖5表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步的蝕刻工藝，其中，歐姆電流擴散層和二氧化硅層被蝕刻掉，以便形成像素；

圖6表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用來創(chuàng)建導(dǎo)電和絕緣區(qū)域的等離子體處理；

圖7表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的二氧化硅層，在其頂部像素被移除，然后以完整的二氧化硅層的形式重新沉積；

圖8表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的完整的二氧化硅層區(qū)域，在其上方，像素被蝕刻掉以形成接觸窗口；

圖9表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的沉積以形成n和p接觸的接合焊盤；

圖10表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的移除的襯底層；

圖11表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的被蝕刻以形成光學(xué)特征件的gan層；

圖12表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成粗糙化區(qū)域的替代蝕刻方法；

圖13表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的蝕刻方法的進(jìn)一步替代方案，其中，矩陣刻蝕工藝形成gan柱；

圖14表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的蝕刻方法的進(jìn)一步替代方案，其中，gan層被蝕刻穿以形成到n接觸金屬層的蝕刻；

圖15表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步替代方案，其中n接觸層用作控制透鏡厚度的蝕刻中止；

圖16表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的沉積步驟，其中存在導(dǎo)電金屬網(wǎng)格和/或不透明層的沉積；

圖17表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的替代沉積步驟，其中ito導(dǎo)電層而不是金屬被沉積以形成透明導(dǎo)電層；

圖18表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步的替代方案，其中g(shù)an柱涂覆有金屬層；

圖19是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖16中示出的器件的上透視圖；

圖20表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的工藝，其中，在gan透鏡和n金屬層的表面上方沉積sio2層或者任何其它合適類型的單層或多層涂層；

圖21表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步替代方案，其中，僅光學(xué)特征件的彎曲區(qū)域覆蓋有電介質(zhì)涂層；

圖22表示是根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步替代方案，其中涂層被沉積以具有提供短通波長濾光片功能的功能；

圖23表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的顏色轉(zhuǎn)換器；

圖24表示根據(jù)本發(fā)明實施例的存在蝕刻的硅襯底的替代顏色轉(zhuǎn)換器；

圖25表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的作為短通濾光片的進(jìn)一步的替代顏色轉(zhuǎn)換器；

圖26表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的可被描述為像波導(dǎo)一樣操作的進(jìn)一步的替代顏色轉(zhuǎn)換器；

圖27表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的可被描述為長通濾光片的進(jìn)一步的替代顏色轉(zhuǎn)換器；

圖28表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的被抬起并與led層對齊的顏色轉(zhuǎn)換器；

圖29表示在上面與所述led層的剩下部分對齊的顏色轉(zhuǎn)換層的進(jìn)一步的視圖；

圖30表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的附接到器件的其余部分的顏色轉(zhuǎn)換器；

圖31表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的被移除的臨時層；

圖32表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的被抬起并與金屬接合焊盤對齊的電子驅(qū)動層；

圖33表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的附接到接合焊盤的金屬接合焊盤；

圖34和35表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的像素布局實現(xiàn)的平面圖；

圖36和37表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)一步的像素布局實現(xiàn)的平面圖；

圖38表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換層和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素；

圖39表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的其中存在不透明/反射矩陣的顏色轉(zhuǎn)換單元；

圖40表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素的矩陣；以及

圖41表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的紅色顏色轉(zhuǎn)換單元、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元、沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素的矩陣和不透明/反射矩陣。

具體實施方式

一般來說，本發(fā)明在于提供一種低功耗高亮度顯示器。

圖1至圖41示出了根據(jù)本發(fā)明的制作微顯示器的工藝。這在下文討論。

圖1示出了發(fā)光gan層3，在其頂部存在歐姆電流擴散層2和二氧化硅層1。位于gan層3的下方，存在襯底層4，其比其他層顯著更厚。歐姆電流擴散層2具有約20nm的厚度。二氧化硅層1具有約200nm的厚度。襯底層4具有約200μm的厚度。襯底層4可以是任何合適的材料，諸如藍(lán)寶石、硅、gan和碳化硅。歐姆電流擴散層2的實例材料是ni/au或ni/pt或au/pt或pt/ni/auni/ag或pd或ito或ni/ito。

圖2表示替代的工藝方法，其中，gan層3具有蝕刻的像素，該蝕刻的像素包括二氧化硅層1和歐姆電流擴散層2。這是形成led像素的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在圖2中，擴展層2通常被定義為與最終像素尺寸具有相同的尺寸。

在圖3中，在圖1所示的器件上執(zhí)行蝕刻工藝，其是gan修改工藝。該蝕刻產(chǎn)生蝕刻區(qū)域5，在該區(qū)域gan層3被蝕刻。蝕刻工藝使用任何合適的蝕刻工藝執(zhí)行，但優(yōu)選的是通過使用cf3的等離子體蝕刻，但是可使用其他技術(shù)，諸如濕法蝕刻。向下蝕刻到n材料可通過使用利用cl的等離子體執(zhí)行。

在圖4中，在圖2中示出的替代器件在像素周圍的gan層3中被蝕刻，以形成蝕刻區(qū)域5。

如圖5所示，然后涂覆掩模以實現(xiàn)像素形成。存在進(jìn)一步的蝕刻工藝，其中歐姆電流擴散層2和二氧化硅層l被蝕刻掉以形成像素6。蝕刻工藝使用任何合適的等離子體蝕刻工藝執(zhí)行，諸如chf3。像素6可以以矩陣圖案形成。這使得像素的尺寸在0.5μm至100μm之間。通常的尺寸是約3μm。

在圖6所示的工藝步驟中，存在用于創(chuàng)建導(dǎo)電和絕緣區(qū)域的等離子體處理7。未受保護(hù)的gan暴露于gan修改工藝，例如諸如chf3的等離子體。然后可執(zhí)行圖案化特征的去除，隨后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，以便在暴露于等離子體的區(qū)域中形成高電阻層，同時在由掩模保護(hù)的層處保持導(dǎo)電(例如歐姆接觸)以形成像素或像素陣列。

在圖7中，形成掩模層。在像素6頂部上的二氧化硅層1被移除，然后僅以光致抗蝕劑或電介質(zhì)的完整層8的形式重新沉積，所述電介質(zhì)例如sio2，具有光致抗蝕劑在頂部以圖案化所述sio2層。

在圖8中，然后在n接觸區(qū)域和擴展材料的上方打開掩模。然后沉積導(dǎo)電材料，例如ti：au或其他組合。應(yīng)該明顯的是，n接觸區(qū)域處的蝕刻側(cè)壁在側(cè)壁上具有電絕緣層以防止跨p-n結(jié)短路。像素6上方的二氧化硅完整層8的區(qū)域也被蝕刻掉以形成下方的歐姆電流擴散層2的接觸窗口10，以創(chuàng)建接觸。另外，在蝕刻區(qū)域5中沉積n接觸金屬層9。n接觸金屬層9形成全局接觸并且具有電功能和/或作為用于控制制造工藝中進(jìn)一步蝕刻步驟的指導(dǎo)。

在圖9中，沉積接合焊盤11以形成n和p接觸。這可使用同一掩模層或者新的掩模。p和n接合焊盤具有以下優(yōu)點：具有相同的高度，因此可提高led陣列成功接合的可能性。n焊盤蝕刻深度可用作以后的工藝的精確蝕刻中止，即，當(dāng)從gan側(cè)蝕刻時，暴露之后激光剝離，并且作為一種手段，提供在晶片背面的分布式電接觸的連接。此外，用于形成接合焊盤金屬的掩模層可提供沒有拓?fù)涞膶硬⑶抑T如cmp-化學(xué)機械拋光(damscene)這樣的工藝可用來將金屬平面化到掩模層的頂部。這種拋光工藝然后可實現(xiàn)具有平坦的接合表面的能力。因此，可能使用一系列的接合工藝，包括不限于倒裝芯片凸點接合(熱超聲或熱壓縮)，或直接接合或任何形成對于背板的機械和電氣接合的其他技術(shù)，例如cmos、tft或nmos層。

如圖10所示，用諸如激光剝離的任何合適的方法去除襯底層4。然后，襯底層4可經(jīng)受硅樹脂、化學(xué)機械拋光和硅樹脂蝕刻。襯底(藍(lán)寶石等)上的gan然后接合到臨時晶片，gan表面與該層接觸。可使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)從襯底分離gan層。在這個具體實例中，使用激光剝離?？商娲兀墒褂胏mp去除硅或gan。然后這可與襯底的蝕刻組合使得特征件可以被蝕刻到襯底中。如后所示(圖13)柱可離開si，以便在子像素之間提供隔離。臨時晶片13具有比gan層3顯著更厚的厚度。

在圖11中，既然gan層在背面暴露，可在該結(jié)構(gòu)中形成一系列特征件。這可提供抽取更多光和/或提供特征件以減少子像素之間的光學(xué)串?dāng)_的方式。gan層3被蝕刻以形成透鏡形式的光學(xué)特征件14。光學(xué)特征件14是凸形的并最大化發(fā)射和最小化光譜串?dāng)_。也可能在這些特征上沉積層(諸如sio2)以用作抗反射涂層。在這個具體的特征件中，形成透鏡(可通過使用蝕刻中止來精確地確定高度)，以增加光抽取和減少子像素之間的光學(xué)串?dāng)_。

如圖12所示，在替代方案中，蝕刻可用于形成粗糙化區(qū)域15。粗糙化區(qū)域15可用來改善光抽取。在這種情況下散射表面從蝕刻形成。和圖11一樣，可沉積一層或多層以減少菲涅爾反射。

圖13是進(jìn)一步的替代方案，其中，在矩陣蝕刻工藝中形成gan柱16。如圖10所示，因此，柱16可形成在光抽取特征件(在本例中為透鏡)之間。這可使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)與光抽取特征件同時在gan中形成?？商娲?，柱16可在原始襯底(圖10中的描述)中形成，或者它們可在顏色轉(zhuǎn)換襯底中形成(在圖23中描述)。柱16理想地具有光滑的表面和高反射結(jié)構(gòu)，與技術(shù)無關(guān)。

如圖14所示的工藝然后涉及進(jìn)一步的蝕刻工藝，其中g(shù)an層3被蝕刻穿以在蝕刻區(qū)域5上方的n接觸金屬層9形成蝕刻區(qū)域17。在該具體情況下，光抽取特征件(透鏡)和n開口可同時形成。通過任何合適的蝕刻技術(shù)執(zhí)行蝕刻。

圖15示出了一種替代方案，其中n接觸層9用作蝕刻中止以控制透鏡厚度。在透鏡蝕刻18期間使用端點檢測，以便同時打開到n接觸金屬層9以及提供對透鏡厚度的控制。如圖9所述，圖14工藝的優(yōu)選實施例是n接觸可用作蝕刻中止，以便精確地控制透鏡的蝕刻深度，從而使其接近qw層。

圖16然后示出了存在沉積步驟，其中存在導(dǎo)電金屬網(wǎng)格和/或不透明層19的沉積。這類似于圖9中所描述的以及描述的在暴露的gan面上形成分布式電接觸的能力。在這種情況下，這形成了接合焊盤和導(dǎo)電gan面之間的電橋。在這種情況下，使用不透明導(dǎo)體。因此，這不會沉積在光抽取特征件上方。導(dǎo)電金屬網(wǎng)格和/或不透明層40減少偏壓并具有屏蔽效果。

圖17表示一種替代方案，其中，ito導(dǎo)電層20而不是金屬被沉積，以創(chuàng)建透明導(dǎo)電層20。選擇合適的ito厚度可能導(dǎo)致抗反射涂層。像圖16一樣，可形成分布式n接觸。但是，在這種情況下，透明ito層可均勻地沉積在表面上(也可被圖案化以便不覆蓋光抽取特征件)。這也可以被設(shè)計成具有減小菲涅爾反射的厚度。

圖18是進(jìn)一步的替代方案，其中g(shù)an柱16涂覆有n金屬層21并且還可覆蓋側(cè)壁以最小化串?dāng)_。這是圖10和17的組合，其中金屬可被圖案化以提供分布式電接觸并且還提供反射柱。

圖19是示出形成光抽取特征件、蝕刻中止、分布式n接觸并且全部接合到諸如硅的臨時載體晶片的原理的示意圖。這總結(jié)了完成的gan芯片，該芯片然后可集成到背板控制襯底和顏色轉(zhuǎn)換襯底。

在圖20中，可在gan透鏡14和n金屬層19的表面上沉積sio2層或任何其它合適類型的單層或多層涂層22。這提供了保護(hù)和抗反射功能。

在圖21中，存在進(jìn)一步的實施例，其中，只有光學(xué)特征件14(或粗糙化區(qū)域15)的彎曲區(qū)域覆蓋有電介質(zhì)涂層23。因此圖案化僅用于在光抽取區(qū)域上沉積。

在圖22中，存在進(jìn)一步的替代方式，其中可沉積涂層24a，24b。因此，可存在多層電介質(zhì)涂層?？蓛H存在一個涂層或另外的涂層或具有以下功能的層，即，提供短通波長濾光片功能。涂層24a，24b可被圖案化以僅覆蓋光學(xué)特征件14，或者其可覆蓋全部表面。短通濾光片可被設(shè)計為允許藍(lán)光離開gan但反射更長的波長(即，由顏色轉(zhuǎn)換層生成的紅色或綠光)。像圖20和21一樣，本技術(shù)的一個重大優(yōu)點是許多不同的層可在光抽取區(qū)域上沉積。在這個具體的布置中，使用短通濾光片。這有效地傳輸在泵浦波長區(qū)域中的光，例如藍(lán)色。然后它反射更長的波長，即綠色和紅色，使得返回gan表面的轉(zhuǎn)換的光具有在最終用戶的方向上離開的較高可能性。

在圖23中示出了現(xiàn)在已經(jīng)制備了gan層，下一階段是形成顏色轉(zhuǎn)換器區(qū)域。優(yōu)選的途徑是使用單獨的襯底，因為這提供了增強的靈活性，盡管顏色轉(zhuǎn)換器可被放置在gan表面上。在這種情況下，顏色轉(zhuǎn)換器可以是磷光體、量子點、有機物質(zhì)或組合。顏色轉(zhuǎn)換器襯底可以是諸如玻璃、藍(lán)寶石、硅樹脂等的一系列材料。在這種情況下，每個顏色轉(zhuǎn)換器提供子像素并且被光學(xué)地泵浦(藍(lán)色優(yōu)選或uv光)。在使用藍(lán)色泵浦波長的情況下，藍(lán)色子像素沒有顏色轉(zhuǎn)換器物質(zhì)，但是可具有模擬顏色轉(zhuǎn)換器的材料，使得其具有類似的發(fā)射特性，例如，光束發(fā)散角。在每個led泵浦都是uv的情況下，存在用于紅色、綠色和藍(lán)色的顏色轉(zhuǎn)換器。在子像素之間還形成矩陣以用于改善的對比度并防止光泄漏到相鄰像素中。這可以是黑矩陣或反射結(jié)構(gòu)。通常，在顏色轉(zhuǎn)換襯底上形成矩陣。顏色轉(zhuǎn)換器包括顏色轉(zhuǎn)換層25、襯底26、透明層27和掩模28。襯底26可由玻璃、藍(lán)寶石、硅或任何其它合適的材料制成。

圖24表示用于形成顏色轉(zhuǎn)換器區(qū)域的矩陣的選項。在使用硅襯底途徑上的gan的情況下，可能容易地拋光和蝕刻硅襯底(對于諸如藍(lán)寶石或sic的其它襯底，這是一個更加困難的工藝)。因此，可能使用濕蝕刻或干蝕刻將矩陣蝕刻到硅中。使用蝕刻技術(shù)可形成具有高縱橫比(即，結(jié)構(gòu)高寬比)的矩陣。硅將吸收可見光波長區(qū)域的光，從而增強對比度。也可能對硅矩陣進(jìn)行金屬化以提供反射并增強光轉(zhuǎn)換/輸出。顏色轉(zhuǎn)換器包括顏色轉(zhuǎn)換層25、透明層27和蝕刻硅區(qū)域29。

圖25是進(jìn)一步的替代的顏色轉(zhuǎn)換器。為了提高性能，可能在顏色轉(zhuǎn)換器層上包含濾光片。短通濾光片透射藍(lán)光并反射更長的波長，即綠色和紅色。為了簡單起見，可在所有單元上形成多層涂層。因此，在本質(zhì)上是各向同性的被轉(zhuǎn)換的光被反射并將沿預(yù)定方向離開。在藍(lán)色發(fā)射像素的情況下，可能適合具有濾光片或可能不適合具有濾光片。如果以uv光泵浦，則濾光片將放置在所有單元上，并具有透射uv泵浦但反映更長波長的性質(zhì)。

圖26是可以被描述為像波導(dǎo)一樣操作的進(jìn)一步的替代顏色轉(zhuǎn)換器。如前所述，存在顏色轉(zhuǎn)換層25、透明層27和掩模28。另外，存在不透明/反射特征件33、提供光波導(dǎo)功能的修改的折射率透明層34、和未修改折射率層35。對于顏色轉(zhuǎn)換器透明襯底(在其上形成顏色轉(zhuǎn)換器和矩陣)，可能修改透明層27。這樣可使得與襯底平面垂直的波導(dǎo)形成。因此，較高的折射率層將增強光波導(dǎo)，并使光以較低的發(fā)散度離開。襯底的折射率作為實例可通過激光誘導(dǎo)效應(yīng)來修改以形成波導(dǎo)，或者可通過使用較高折射率材料的蝕刻和填充來形成?？赡苁褂?.5-2mm的標(biāo)準(zhǔn)厚度的透明層34。此外，可能使用厚度低至20μm的襯底層34。

圖27是可被描述為長通濾光片的另一個替代顏色轉(zhuǎn)換器。在顏色轉(zhuǎn)換器被沉積在襯底上之前，顏色轉(zhuǎn)換器透明襯底的進(jìn)一步選項/實施例是也沉積長通濾光器。這個工作方式與圖24類似，除了在該布置中，未轉(zhuǎn)換的藍(lán)光被反射回到顏色轉(zhuǎn)換區(qū)域。圖案化顏色轉(zhuǎn)換器以便不覆蓋藍(lán)色子像素。顏色轉(zhuǎn)換器具有位于顏色轉(zhuǎn)換層25下方的長通濾光片31。長通濾光片31允許轉(zhuǎn)換的光離開，但重新利用藍(lán)色未轉(zhuǎn)換的光。圖27還示出了長通濾光片32不會沉積在藍(lán)色像素上以允許藍(lán)光透射。

在圖28所示的下一步驟中，升高顏色轉(zhuǎn)換器使之與led層對齊。在該圖中，顏色轉(zhuǎn)換層因此與led襯底對齊。這準(zhǔn)備用于兩個結(jié)構(gòu)的接合，并且以使得gan子像素led與各個顏色轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)R的方式完成。

在圖29中，存在顏色轉(zhuǎn)換層在上方與led層的其余部分對齊的進(jìn)一步的視圖。這是圖28的示意圖。這突出了顏色轉(zhuǎn)換層的透明襯底和用于支撐薄ganled層的臨時晶片。

在圖30中，顏色轉(zhuǎn)換器附接到器件的其余部分。因此，一旦適當(dāng)?shù)膶R完成，使得這兩層接觸并接合在一起。作為實例，這可以是環(huán)氧型接合工藝。也可能執(zhí)行這種層的接合以在兩個襯底之間提供局部密封，因此提供對顏色轉(zhuǎn)換層的增強的保護(hù)。在優(yōu)選實施例中，用藍(lán)光泵浦顏色轉(zhuǎn)換器，并且存在作為磷光體層的紅/綠色顏色轉(zhuǎn)換層?？商娲?，該層是量子點或透明/擴散層(藍(lán)色)或其混合。圖30示出了從玻璃襯底垂直向下延伸的存在不透明/黑色掩?；蚍瓷溲谀?8。反射掩模28是優(yōu)選的，因為它具有使光再循環(huán)、最小化串?dāng)_和增強顯示對比度的能力。因此，當(dāng)濾光片被放置在層之前時，反射掩模28具有透射藍(lán)光并反射紅色和綠光的能力。在替代方案中，如果濾光片放置在層之后，那么藍(lán)光就會再循環(huán)，紅色和綠光被透射。

在圖31中，臨時層13從組合層去除。這可以通過加熱、溶劑和或任何其他標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來實現(xiàn)。

在圖32中，升高電子驅(qū)動層39使之與金屬接合焊盤11對齊。電子驅(qū)動層39是cmos、tft或nmos層。在圖中，為了清楚起見，顯示了具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的接合堆疊。在優(yōu)選實施例中，gan修改的led可與平面化的表面一起使用。(圖9描述是提供平坦光滑表面的方法)。在沒有或幾乎沒有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，可將一系列不同的控制背板接合到gan表面，包括但不限于cmos、nmos，tft等。

在圖33中，金屬接合焊盤39a附接到接合焊盤11。這是完成了的微型顯示結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)突出了提供顯示能力所需的許多特征件。

圖34是布局a中的像素布局實現(xiàn)的平面圖。在所示的實施例中，三個子像素43被布置在20×20微米的單元中。這突出了ganled子像素的可能布局。在這個具體的配置中，三個led43放置在例如20μm×20μm的像素區(qū)域。

在圖35中，接合焊盤39a被示出為遠(yuǎn)離像素43定位。與每個led子像素相關(guān)聯(lián)的接合焊盤通常較大。這可分散接合力并減少物理損壞的可能性。此外，可通過增加接合焊盤尺寸來減小電阻。使用諸如子像素的gan模式定義的技術(shù)素導(dǎo)致改善的性能，因為它減少了gan表面上的拓?fù)?，并且可為led子像素提供良好定義的隔離層。

圖36是布局b中的像素布局實現(xiàn)的平面圖。在所示的實施例中，每個像素中包括四個子像素44。這與圖34類似，但是在這種情況下，四個ganled子像素44定義在20μm×20μm像素區(qū)域內(nèi)。

在圖37中，接合焊盤46可位于像素44的上方。這與圖35相似，在圖36所示的每個子像素上具有較大的接合焊盤。

在圖38中，存在紅色顏色轉(zhuǎn)換單元47、綠色顏色轉(zhuǎn)換層48和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元49的藍(lán)色像素(其可包括透明/發(fā)散層)。這表示相對于圖34的子像素布局的顏色轉(zhuǎn)換層的布局。

在圖39中示出了不透明/反射矩陣50。這與圖38相似，也示出了隔離每個子像素的矩陣。

在圖40中，存在紅色顏色轉(zhuǎn)換單元47、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元48和沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素49的矩陣。這示出了相對于圖36中的子像素布局的顏色轉(zhuǎn)換層的布局。

在圖41中，存在紅色顏色轉(zhuǎn)換單元47、綠色顏色轉(zhuǎn)換單元48、沒有顏色轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)色像素49的矩陣和不透明/反射矩陣50。這與圖40類似，并示出了隔離每個子像素的矩陣。

雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)理解，與所描述的實施例的偏離可能仍然落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可使用任何合適類型的顏色轉(zhuǎn)換器和任何合適類型的led。